EP1391086A2 - Method and device for preparing a time schedule for the transmission of messages to a bus system - Google Patents

Method and device for preparing a time schedule for the transmission of messages to a bus system

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EP1391086A2
EP1391086A2 EP02727226A EP02727226A EP1391086A2 EP 1391086 A2 EP1391086 A2 EP 1391086A2 EP 02727226 A EP02727226 A EP 02727226A EP 02727226 A EP02727226 A EP 02727226A EP 1391086 A2 EP1391086 A2 EP 1391086A2
Authority
EP
European Patent Office
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schedule
messages
bus
transmission
bit
Prior art date
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EP02727226A
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German (de)
French (fr)
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EP1391086B1 (en
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Thomas Fuehrer
Bernd Mueller
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40143—Bus networks involving priority mechanisms
    • H04L12/4015—Bus networks involving priority mechanisms by scheduling the transmission of messages at the communication node
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    • H04L12/40—Bus networks
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    • H04L12/413—Bus networks with decentralised control with random access, e.g. carrier-sense multiple-access with collision detection [CSMA-CD]
    • H04L12/4135—Bus networks with decentralised control with random access, e.g. carrier-sense multiple-access with collision detection [CSMA-CD] using bit-wise arbitration
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

Definitions

  • the invention relates to a method and a device as well as a computer program and a computer program product for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system according to the preambles of the claims.
  • This identifier or identification ID (message identifier) varies in length depending on the CAN version (eg 11 bits for Basic CAN).
  • the CAN protocol is very flexible, adding additional nodes and messages is easily possible as long as there are still free priorities (especially message identifier).
  • the collection of all messages with priorities to be sent in the network are stored in a list, the so-called communication matrix.
  • the creation of the communication matrix is only the collection of all messages in the system. The order or sequence of the messages is often based on the many years of know-how of the application engineers and system designers. However, there are also tools that support this creation of the communication matrices.
  • the positioning of the messages within the transmission periods must be coordinated with the applications that produce the message content in order to keep the latencies between the application and the time of transmission to a minimum. If this coordination is not carried out, the advantage of time-controlled transmission (minimal latency jitter when sending the message on the bus) would be destroyed. This places high demands on the planning tools.
  • Timed communication must also be optimally supported or guaranteed in a TTCAN communication matrix or bus schedule or schedule for the transmission of the messages.
  • the event-controlled messages or arbitrating time windows can only be taken into account in the second instance.
  • the corresponding planning tools have to support both worlds of communication planning, so to speak.
  • the present invention thus combines the advantages of the genetic algorithms specifically for search tasks over a large solution space with the requirements of the time-controlled communication system TTCAN, an optimal bus schedule, i.e. bus schedule or schedule for time-controlled, periodic messages and event-controlled, spontaneous messages according to TTCAN, before start-up to find.
  • an optimal bus schedule i.e. bus schedule or schedule for time-controlled, periodic messages and event-controlled, spontaneous messages according to TTCAN, before start-up to find.
  • the invention thus advantageously shows a method and a device as well as a computer program and a computer program product for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system (bus schedule), the schedule being created by using a genetic algorithm.
  • the messages are expediently divided into periodic and spontaneous messages, the messages being provided with an identifier or being provided in order to have them present in a coding suitable for genetic algorithms.
  • the bus system is expediently a TTCAN bus system, time slots being provided for the messages and either the sequence of the time slots and / or the messages being shown as a schedule.
  • the Schedules as a solution for the bus schedule are evaluated with at least one first predeterminable evaluation criterion, based on which an optimization of the schedules or a selection of the schedules is made possible.
  • a useful first evaluation criterion is the comparison of the sum of the latency times of the at least one schedule with a predetermined value or the sum of the latent times of at least one other schedule.
  • Another evaluation criterion at the same time or alternatively is the comparison of the sum of the deadlines, i.e. the necessary transmission times or the necessary transmission times of the messages, based on the schedules.
  • the at least one possible schedule that is selected is advantageously crossed with at least one second schedule, in particular likewise a selected schedule, depending on the evaluation criteria.
  • the schedules are crossed by exchanging at least one message from both schedules or, particularly advantageously, by exchanging at least one bit of the schedules, provided that they are represented in binary form, in particular by means of an identifier or an identifier, as a result of which a clear bit pattern of the message ( en) or the time window is included.
  • the algorithm or the corresponding method can advantageously be implemented as a computer program are, so that when the same runs on a computer or the device according to the invention (which on the other hand can also be implemented entirely in hardware) the method according to the invention is carried out.
  • This computer program can expediently also be present on a data carrier as a computer program product, the data carrier being available in any customary form.
  • a TTCAN bus schedule is such a solution space.
  • the mechanisms of evolution i.e. survival of the fittest, ensure that one moves towards an optimal solution very quickly.
  • the mechanism of the cross reproduces, so to speak, particularly promising families.
  • the mechanism of the mutation ensures that one is thrown out of the direction of evolution of the best solution by chance and / or arbitrary intervention and possibly finds another, optimal solution.
  • this approach would have been found by conventional search algorithms only after an unacceptably long time.
  • This new path may be promising, so that it will be followed up in the next step of the genetic algorithm, or it will fall out again via the first evaluation function. If a new solution is adopted, the information already available is passed on and not discarded due to the previously selected coding and the mechanism of the intersection (history).
  • the invention is explained in more detail below with reference to the drawing shown with a figure.
  • the figure shows a device in which the method according to the invention is shown symbolically.
  • a bit pattern can in particular be used for coding, e.g. B. specifically the identifier from the controller area network CAN or from the TTCAN.
  • the representation of the periodic and spontaneous messages of a TTCAN network in a coding suitable for genetic algorithms is, for example, also the coding of the parameter set, e.g. B. as a bit vector of n x m bits, where m bits encode the message ID, ie the message identifier or identifier, and n messages are present in the TTCAN network.
  • the idea of the invention also includes a first assessment of the initial population, the strongest solutions to be found and these must be recognized as a yardstick for future populations. For this, at least one evaluation function or evaluation criterion must be created in order to filter the best solutions of a population, that is, the most promising schedules or bus schedules according to the evaluation criteria. Exemplary evaluation criteria or
  • Evaluation functions are e.g. B. the evaluation according to the minimum sum of all latencies or the minimum sum for deadlines according to the "earliest deadline first" approach.
  • so-called mutations can also be carried out in accordance with certain second evaluation criteria for some instances / solutions or all instances / solutions, so that mutations arise from the current population and may differ fundamentally from others.
  • this in turn means that, for example, in the context of the TTCAN binary representation.
  • B. a random generator is provided which tilts 1 bit from the nxm bits of the message bit vector, in particular with a CAN or TTCAN identifier.
  • These mutations can be performed after a certain number of procedures, e.g. B. after the 5th or 10th time or randomly by random function. This means that the strongest or best solutions regarding the evaluation criteria are selected after each run, whereby some of the selected best solutions can be crossed again and the optional mutations release further proposed solutions.
  • the essence of the invention is thus the solution to the search problem of an optimal bus schedule for the TTCAN using genetic algorithms.
  • the invention is not limited to the specific coding of the messages for these genetic algorithms or specific evaluation functions and specific crossing or mutation functions shown in this exemplary embodiment.
  • the single figure shows a system, in particular a device 100, in particular a computer or bus subscriber.
  • the computer 100 can be designed separately or can be connected to a bus, in particular a TTCAN bus 101, as a bus subscriber.
  • the computer 100 contains means which make it possible to run at least individual method steps of the method according to the invention in accordance with the claims.
  • the execution of the method in the form of a computer program is particularly advantageous, which ultimately results in an optimized solution with regard to the bus schedule.
  • the integration of the process for finding a solution in a development tool is shown.
  • the choice of the evaluation function, the choice of the crossing function and the choice of the mutation function can be added individually by the system designer or application engineer as a module, or a system-inherent library of these functions can automatically be used to predefine or output a function.
  • the development tool can therefore only include the creation of the bus schedule in accordance with the method of the genetic algorithms, which ensures that Depending on certain system requirements or specifications, for example by clients such as automobile manufacturers, different metrics, boundary conditions in processes can be used modularly with the same development tool.
  • the flow diagram shown shows the start of the method in block 202.
  • the coding of the bus messages takes place in block 103, for example by using an identifier in binary representation.
  • the identifier of the TTCAN system or of the CAN corresponding to the messages can advantageously be used.
  • This coding can already be specified and can only be optionally integrated into the method.
  • various possible solutions are formed or represented in block 104. Messages and / or time windows can also appear more than once in the bus scheduler. These solution approaches to the search problem are therefore different sequences of the bus messages or time windows for bus messages, different bit patterns being available as solution approaches when presented in binary form, in particular with identifiers.
  • bit patterns can be generated on the one hand by a random generator or can also be achieved by permutation, whereby all possibilities can be made available by permutation.
  • Further criteria for the formation of solution approaches can be specific default criteria, such as time-critical messages first and the like, or based on the priorities of the identifiers with regard to the identifier, etc.
  • it can already be checked here, for example using a library, that the creation of possible solution approaches regarding the schedule of the
  • the solution approaches or the different time schedules are then evaluated, in particular in binary form, for example by stringing together the identifiers of the TTCAN.
  • the solution approaches for example, all latency times of individual solution approaches are determined and these are compared either with one another or with a reference value, in order to determine the minimum sum of all latency times.
  • Another assessment can be, for example, the minimum or minimum sum for deadlines, that is, the latest necessary transmission times or transmission times of the messages. Additional criteria for evaluating the solutions are also conceivable.
  • the best solutions are then selected in block 106 in accordance with the solution approaches and the evaluation criterion or criteria.
  • a predeterminable number of solutions are selected, for example the best 50% or the best 5 pieces, or it is compared to the selection of the best solutions against a threshold value with respect to the evaluation criteria or the evaluation criterion and only, for example with minimal sums, if this threshold is undershot, the solution is selected as a possible solution to be selected.
  • intersection functions or intersection criteria are then specified in block 107 and the intersection is carried out. That means e.g. B. that especially random Exchange selected solutions, which have emerged from the selection in block 106, at least one bit at a predeterminable or randomly determined point k.
  • a fixed specification of the crossing position for example every first, every second, every third or other defined positions, can also be specified. All solutions can be crossed, or just a few. The number of approaches to be crossed, i.e. bus schedules, can also be specified here.
  • the intersection thus creates a pool of solutions or approaches in block 107, each solution representing a bus schedule or a schedule for transmitting the messages to the bus.
  • query 108 checks whether a mutation should be carried out in block 109 or not. These criteria can be, on the one hand, that a certain number of process runs lead to a mutation or that a mutation is triggered by a random number generator. If a mutation is initiated, block 109 is reached. At least one of the solution approaches, that is to say a bus schedule, is copied therein, in particular as a bit vector or bit pattern, and the latter is mutated, for example by changing at least one bit, in particular by bit flipping then to be added back to the solution pool. If no mutation is to be carried out or after the mutation has been carried out, block 108 or block 109 leads to block 110. It checks whether another run should be carried out.
  • This block 110 can optionally also be provided after block 106, that is after selecting the best solutions after the evaluation in block 105. If the termination criterion in block 110 is met, the method ends in block 111 or again in block 105 for evaluating the existing solution approaches, that is to say the individual bus schedules from the solution pool.
  • a suitable representation of the parameters ie the parameter set, in particular here the TTCAN messages, e.g. B. as a bit vector, which represents a solution variant
  • the TTCAN messages e.g. B.
  • This form of representation has been optimized for the subsequent run of the electronic, modeled genetic evolution.
  • An evaluation function can be easily created from the boundary conditions of the application in order to evaluate the current solution population.
  • this evaluation function F can be created according to the "earliest deadline first" or "shortest latency time” etc.
  • the existing solutions current population would then be evaluated using this evaluation function and the strongest or best would be used for the next iteration, e.g.
  • the first four solutions with the shortest deadline if "earliest deadline first" was rated. From these strongest or best solutions, two solutions could be taken out and crossed with each other, e.g. at point k. Two new ones are created Solutions that are may prove even better due to the origin (the next rating shows).
  • the algorithm is free to edit the current population via mutation.
  • the approach of the genetic algorithm can in principle be built into any TTCAN planning tool with suitable interfaces.
  • the number for coding the messages for a suitable crossing function and for a suitable mutation function must of course be found.
  • an evaluation function based on a specific metric or individual boundary conditions must also be implemented.
  • This specification can either be built into the development tool or offered as add-ons that are added modularly when designing a TTCAN network. In principle, with this approach, only the process of searching for genetic algorithms would have to be implemented in the TTCAN development tool.

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Abstract

The invention relates to a method for preparing a time schedule for the transmission of messages to a bus system (bus schedule), said time schedule being prepared using a genetic algorithm.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung eines Zeitplans der Übermittlung von Nachrichten auf einem BussystemMethod and device for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Erstellung eines Zeitplans der Übermittlung von Nachrichten auf einem Bussystem gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche.The invention relates to a method and a device as well as a computer program and a computer program product for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system according to the preambles of the claims.
Die Vernetzung von Steuergeräten, Sensoren und Aktorik mit Hilfe eines Kommunikationssystems oder Bussystems hat in den letzten Jahren beim Bau von modernen Kraftfahrzeugen oder auch im Maschinenbau, insbesondere imThe networking of control devices, sensors and actuators with the help of a communication system or bus system has been in the past few years in the construction of modern motor vehicles or in mechanical engineering, especially in
Werkzeugrαaschinenbereich als auch in der Automatisierung drastisch zugenommen. Syne'rgieeffekte durch Verteilung von Funktionen auf mehrere Steuergeräte können dabei erzielt werden. Man spricht von verteilten Systemen. Die Kommunikation zwischen verschiedenen Stationen findet mehr und mehr über einen Bus oder ein Bussystem statt. Der Kommunikationsverkehr auf dem Bus, Zugriffs- und Empfangsmechanismen sowie Fehlerbehandlung werden über ein Protokoll geregelt. Als Protokoll im Kfz-Bereich etabliert ist der CAN. Dieser ist ein ereignisgesteuertes Protokoll, d. h. Protokollaktivitäten wie das Senden einer Nachricht werden durch Ereignisse iniziiert, die ihren Ursprung außerhalb des KommunikationsSystems haben. Der eindeutige Zugang zum Kommunikationssystem wird über eine prioritätsbasierte Bitarbitrierung gelöst. Eine Voraussetzung dafür ist, dass jeder Nachricht eine eindeutige Priorität zugewiesen ist. Dies erfolgt in der Regel beim CAN-Protokoll durch eine Kennung, die am Anfang jeder Nachricht enthalten ist und den Nachrichteninhalt eindeutig identifiziert. Diese Kennung oder Identifikation ID (message identifier) ist je nach CAN- Version unterschiedlich lang (z.B. 11 Bit bei Basic CAN) . Das CAN-Protokoll ist sehr flexibel, ein Hinzufügen weiterer Knoten und Nachrichten ist problemlos möglich, solange es noch freie Prioritäten (speziell message identifier) gibt. Die Sammlung aller im Netzwerk zu sendenden Nachrichten mit Prioritäten werden in einer Liste, der sogenannten Kommunikationsmatrix, abgelegt. Die Erstellung der Kommunikationsmatrix ist in den meisten Fällen somit nur die Sammlung aller Nachrichten im System. Die Reihenfolge bzw. Abfolge der Nachrichten basiert vielfach auf dem langjährigen Know-How der Applikationsingenieure und Systemdesigner. Es existieren aber auch Tools, die diese Erstellung der Kommunikationsmatrizen unterstützen.Machine tool area as well as in automation increased dramatically. Synergy effects by distributing functions to several control units can be achieved. One speaks of distributed systems. Communication between different stations is increasingly taking place via a bus or a bus system. Communication traffic on the bus, access and reception mechanisms and error handling are regulated by a protocol. The CAN is established as a protocol in the automotive sector. This is an event-driven protocol, ie protocol activities such as the sending of a message are initiated by events that have their origin outside the communication system. The clear access to the communication system is solved via a priority-based bit arbitration. A prerequisite for this is that each message is assigned a unique priority. In the CAN protocol, this is usually done using an identifier that is contained at the beginning of each message and uniquely identifies the message content. This identifier or identification ID (message identifier) varies in length depending on the CAN version (eg 11 bits for Basic CAN). The CAN protocol is very flexible, adding additional nodes and messages is easily possible as long as there are still free priorities (especially message identifier). The collection of all messages with priorities to be sent in the network are stored in a list, the so-called communication matrix. In most cases, the creation of the communication matrix is only the collection of all messages in the system. The order or sequence of the messages is often based on the many years of know-how of the application engineers and system designers. However, there are also tools that support this creation of the communication matrices.
Ein alternativer Ansatz zur ereignisgesteuerten, spontanen Kommunikation ist der rein zeitgesteuerte Ansatz. Alle Kommunikationsaktivitäten auf dem Bus sind strikt periodisch. Protokollaktivitäten wie das Senden einer Nachricht werden nur durch das Fortschreiten einer (globalen) Zeit ausgelöst. Der Zugang zum Medium basiert auf der Zuteilung von Zeitbereichen, in denen ein Sender exklusives Senderecht hat. Das Protokoll ist vergleichsweise unflexibel, ein Hinzufügen von neuen Knoten ist nur dann möglich, wenn zuvor schon die entsprechenden Zeitbereiche freigelassen wurden. Dieser Umstand zwingt den Systemdesigner bzw. Applikationsingenieur, die Nachrichtenreihenfolge schon vor Inbetriebnahme festzusetzen. Es wird also ein Fahrplan oder Bus-Schedule erstellt, der den Anforderungen der Nachrichten bezüglich Wiederholrate, Redundanz, Deadlines usw. genügen muss. Dieser sogenannte Bus-Schedule ist somit ein Fahrplan oder Zeitplan oder Ablaufplan oder Kommunikationsplan bezüglich der Nachrichtenübermittlung auf dem Bus. Die Positionierung der Nachrichten innerhalb der Sendeperioden muss auf die Applikationen abgestimmt werden, die die Nachrichteninhalte produzieren, um die Latenzen zwischen Applikation und Sendezeitpunkt minimal zu halten. Wenn diese Abstimmung nicht erfolgt, würde der Vorteil der zeitgesteuerten Übermittlung (minimale Latenz-Jitter beim Senden der Nachricht am Bus) zerstört. Damit werden hohe Anforderungen an die Planungstools gestellt.An alternative approach to event-driven, spontaneous communication is the purely time-controlled approach. All communication activities on the bus are strictly periodic. Log activities such as sending a message are only triggered by the progress of a (global) time. Access to the medium is based on the allocation of time periods in which a broadcaster has exclusive broadcasting rights. The protocol is comparatively inflexible, adding new nodes is only then possible if the corresponding time ranges have already been left blank. This forces the system designer or application engineer to determine the message sequence before commissioning. A schedule or bus schedule is therefore created that must meet the requirements of the messages regarding repetition rate, redundancy, deadlines, etc. This so-called bus schedule is thus a timetable or schedule or flow chart or communication plan with regard to the transmission of messages on the bus. The positioning of the messages within the transmission periods must be coordinated with the applications that produce the message content in order to keep the latencies between the application and the time of transmission to a minimum. If this coordination is not carried out, the advantage of time-controlled transmission (minimal latency jitter when sending the message on the bus) would be destroyed. This places high demands on the planning tools.
Der in den Patentanmeldungen DE 100 00 302 AI, DE 100 00 303 AI, DE 100 00 304 AI, DE 100 00 305 AI gezeigte Lösungsansazt, auch dargestellt im ISO-Draft 11898-4, des zeitgesteuerten oder time-triggered CAN, genügt den oben skizzierten Forderungen nach zeitgesteuerter Kommunikation sowie den Forderungen nach einem gewissen Maß an Flexibilität. Dieser sogenannte TTCAN (time triggered Controller area network) erfüllt dies durch den Aufbau der Kommunikationsrunde (basic cycle) in sogenannte exklusive Zeitfenster für periodische Nachrichten bestimmer Kommunikationsteilnehmer und in sogenannte arbitrierende Zeitfenster für spontane Nachrichten mehrerer Kommunikationsteilnehmer. Bei der Planung eines TTCAN- Netzwerks oder TTCAN-BusSystems werden aber, wie oben beschrieben die zeitgesteuerten Nachrichten das Gerüst für die Erstellung des Busscheduls vorgeben. Die Anforderungen der zeitgesteuerten Kommunikation müssen auch in einer TTCAN-Kommunikationsmatrix bzw. Bus-Schedule bzw. Zeitplan für die Übermittlung der Nachrichten optimal unterstützt bzw. garantiert werden. Erst in zweiter Instanz können die ereignisgesteuerten Nachrichten bzw. arbitrierenden Zeitfenster berücksichtigt werden. Die entsprechenden Planungstools müssen sozusagen beide Welten der Kommunikationsplanung unterstützen .The solution approach shown in patent applications DE 100 00 302 AI, DE 100 00 303 AI, DE 100 00 304 AI, DE 100 00 305 AI, also shown in ISO draft 11898-4, of the time-controlled or time-triggered CAN, suffices Requirements for time-controlled communication and the requirements for a certain degree of flexibility outlined above. This so-called TTCAN (time triggered controller area network) fulfills this by setting up the communication round (basic cycle) in so-called exclusive time windows for periodic messages from certain communication participants and in so-called arbitrating time windows for spontaneous messages from several communication participants. When planning a TTCAN network or TTCAN bus system, however, as described above, the time-controlled messages will provide the framework for the creation of the bus module. The requirements Timed communication must also be optimally supported or guaranteed in a TTCAN communication matrix or bus schedule or schedule for the transmission of the messages. The event-controlled messages or arbitrating time windows can only be taken into account in the second instance. The corresponding planning tools have to support both worlds of communication planning, so to speak.
Für die zeitgesteuerte Kommunikation und die Auflösung der Kommunikationsbeziehungen (Applikation zum Sendezeitpunkt der Nachricht am Bus) in Form einer Kommunikationsmatrix unter Einbeziehung der Nachrichtenlatenzen,For time-controlled communication and the dissolution of communication relationships (application at the time of sending the message on the bus) in the form of a communication matrix including the message latencies,
Nachrichtenperioden und Deadlines werden hohe Anforderungen an die Planungstools gestellt. Aktuell verfügbare kommerzielle Tools, insbesondere CAN-basierte Tools, unterstützen diese Anforderungen wie z. B. TTCAN- spezifisiche Planung überhaupt noch nicht. Erste Lösungsansätze für strikt zeitgesteuerteNews periods and deadlines place high demands on the planning tools. Currently available commercial tools, especially CAN-based tools, support these requirements such as: B. TTCAN-specific planning not yet. First solutions for strictly time-controlled
Kommunikationsprotokolle wie z. B. TTP/C zeigen, dass die einzusetzenden Algorithmen schnell als NP-vollständiges Problem münden. Das Auffinden des globalen Maximums, also der besten Lösung für das gesamte Kommunikationsnetzwerk bezüglich des Busscheduls kann nicht garantiert werden. Es werden möglicherweise nur suboptimale Lösungsmengen für einen Bus-Schedule mit herkömmlichen Suchalgorithmen gefunden.Communication protocols such as B. TTP / C show that the algorithms to be used quickly lead to NP-complete problems. Finding the global maximum, i.e. the best solution for the entire communication network with regard to the bus module, cannot be guaranteed. Only suboptimal solution sets for a bus schedule with conventional search algorithms may be found.
Daneben sind im Stand der Technik genetische Algorithmen bekannt. Projekte wie beispielsweise VLSI, Circuit-Layout- Generierung über genetische Algorithmen oder Lösung nichtlinearer Gleichungen über genetische Altorithmen (for fitting potential surfaces) wenden diese Technik an. Ein Zitat aus D. Goldberg „Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learing" vom Verlag Addison-Wesley Publishing Company Inc. von Januar 1989 zeigt die grundsätzliche Idee der genetischen Algorithmen: „Genetic algorithms are search algorithms based on the mechanics of natural selection and natural genetics. They combine survival of the fittest among string structures with a structured yet randomized Information exchange to form a search algorithm with some of the innovative flair of human search. In every generation, a new set of artificial creatures (strings) is created using bits and pieces of the fittest of the old; an occasional new part is tried for good measure. While randomized, genetic algorithms are no simple random walk. They efficiently exploit historical Information to speculate on new search points with expected improved Performance .In addition, genetic algorithms are known in the prior art. Projects such as VLSI, circuit layout generation using genetic algorithms or solving non-linear equations using genetic altorithms (for fitting potential surfaces) use this technique. A quote from D. Goldberg "Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learing" by Addison-Wesley Publishing Company Inc. from January 1989 shows the basic idea of genetic algorithms: "Genetic algorithms are search algorithms based on the mechanics of natural selection and natural genetics. They combine survival of the fittest among string structures with a structured yet randomized Information exchange to form a search algorithm with some of the innovative flair of human search. In every generation, a new set of artificial creatures (strings) is created using bits and pieces of the fittest of the old; an occasional new part is tried for good measure. While randomized, genetic algorithms are no simple random walk. They efficiently exploit historical information to speculate on new search points with expected improved performance.
Dieser Ansatz zur alternativen Suche von Lösungen in immens großen Lösungsräumen hatte zum Ziel, die adaptiven Prozesse der natürlichen Systeme zu abstrahieren und zu erklären. D.h. die genetischen Algorithmen basieren prinzipiell auf der natürlichen Auslese oder genetischen Selektion. Dabei werden Überlebensprinzipien, wie das Überleben der Stärksten mit Populations- oder Lösungsstrukturen und dabei entstehendem Informationsaustausch kombiniert. In jeder Generation werden also neue Populationen oder Lösungen kreiert, die Teile der Besten der alten Generationen verwenden. Denn im Gegensatz zu genetischen Algorithmen liefern viele Funktionen F eine breite Streuung und diskontinuierliche Ergebnisse und sind daher für viele traditionelle Ansätze der Suche nach Lösungen F(x) ungeeignet. Genetische Algorithmen umgehen dieses Problem durch Nachbildung der natürlichen Evolution nach dem Darwinschen Modell. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die angeklungenen Probleme bezüglich der Planung des Zeitplanes oder Fahrplanes des Busses, also des Bus-Schedules zu überwinden.The aim of this alternative search for solutions in immense solution spaces was to abstract and explain the adaptive processes of natural systems. This means that the genetic algorithms are principally based on natural selection or genetic selection. Survival principles such as the survival of the fittest are combined with population or solution structures and the resulting exchange of information. So every generation creates new populations or solutions that use parts of the best of the old generations. In contrast to genetic algorithms, many functions F provide a wide spread and discontinuous results and are therefore unsuitable for many traditional approaches to finding solutions F (x). Genetic algorithms circumvent this problem by simulating natural evolution according to the Darwinian model. It is therefore an object of the invention to overcome the problems which have arisen with regard to the planning of the bus schedule, that is to say the bus schedule.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorliegende Erfindung kombiniert somit die Vorteile der genetischen Algorithmen speziell für Suchaufgaben über einen großen Lösungsraum mit den Anforderungen des zeitgesteuerten Kommunikationssystems TTCAN, einen optimalen Busfahrplan, also Bus-Schedule oder Zeitplan für zeitgesteuerte, periodische Nachrichten und ereignisgesteuerte, spontane Nachrichten gemäß TTCAN, vor Inbetriebnahme zu finden.The present invention thus combines the advantages of the genetic algorithms specifically for search tasks over a large solution space with the requirements of the time-controlled communication system TTCAN, an optimal bus schedule, i.e. bus schedule or schedule for time-controlled, periodic messages and event-controlled, spontaneous messages according to TTCAN, before start-up to find.
Die Erfindung zeigt somit vorteilhafter Weise ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Erstellung eines Zeitplans der Übermittlung von Nachrichten auf einem Bussystem (Bus- Schedule) , wobei der Zeitplan durch die Verwendung eines genetischen Algorithmus erstellt wird. Zweckmäßiger Weise werden die Nachrichten in periodische und spontane Nachrichten unterteilt, wobei die Nachrichten mit einer Kennung versehen sind oder versehen werden, um diese in einer für genetische Algorithmen geeigneten Codierung vorliegen zu haben.The invention thus advantageously shows a method and a device as well as a computer program and a computer program product for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system (bus schedule), the schedule being created by using a genetic algorithm. The messages are expediently divided into periodic and spontaneous messages, the messages being provided with an identifier or being provided in order to have them present in a coding suitable for genetic algorithms.
Zweckmäßiger Weise handelt es sich bei dem Bussystem um ein TTCAN-BusSystem, wobei für die Nachrichten Zeitfenster vorgesehen sind und als Zeitplan entweder die Reihenfolge der Zeitfenster und/oder der Nachrichten dargestellt wird.The bus system is expediently a TTCAN bus system, time slots being provided for the messages and either the sequence of the time slots and / or the messages being shown as a schedule.
Vorteilhafter Weise wird aus der Vielzahl der potentiellen Zeitpläne als Lösung für ein Bus-Schedule wenigstens ein möglicher Zeitplan ermittelt, der einer starken, insbesondere besten Lösung entspricht. Dabei werden die Zeitpläne als Lösung für den Bus-Schedule mit wenigstens einem ersten vorgebbaren Bewertungskriterium bewertet, anhand dessen eine Optimierung der Zeitpläne bzw. eine Auswahl der Zeitpläne ermöglicht wird.From the large number of potential schedules as a solution for a bus schedule, at least one possible schedule which corresponds to a strong, in particular best, solution is advantageously determined. The Schedules as a solution for the bus schedule are evaluated with at least one first predeterminable evaluation criterion, based on which an optimization of the schedules or a selection of the schedules is made possible.
Ein zweckmäßiges erstes Bewertungskriterium ist der Vergleich der Summe der Latenzzeiten des wenigstens einen Zeitplans mit einem vorgegebenen Wert oder der Summe der Latentzeiten wenigstens eines weiteren Zeitplans.A useful first evaluation criterion is the comparison of the sum of the latency times of the at least one schedule with a predetermined value or the sum of the latent times of at least one other schedule.
Ein weiteres Bewertungskriterium gleichzeitig oder alternativ ist der Vergleich der Summe der Deadlines, also der notwendigen UbermittlungsZeitpunkte oder der notwendigen UbermittlungsZeiten der Nachrichten, bezogen auf die Zeitpläne. Vorteilhafter Weise wird im Weiteren der wenigstens eine mögliche Zeitplan, der ausgewählt wird, abhängig von den Bewertungskriterien mit wenigstens einem zweiten Zeitplan, insbesondere ebenfalls einem ausgewählten Zeitplan, gekreuzt. Zweckmäßiger Weise erfolgt das Kreuzen der Zeitpläne durch Austauschen wenigstens einer Nachricht beider Zeitpläne oder, besonders vorteilhaft, durch Austauschen wenigstens eines Bits der Zeitpläne, sofern diese in binärer Form dargestellt werden, insbesondere mittels einer Kennung oder eines Identifiers, wodurch ein eindeutiges Bitmuster der Nachricht (en) oder der Zeitfenster enthalten ist.Another evaluation criterion at the same time or alternatively is the comparison of the sum of the deadlines, i.e. the necessary transmission times or the necessary transmission times of the messages, based on the schedules. In addition, the at least one possible schedule that is selected is advantageously crossed with at least one second schedule, in particular likewise a selected schedule, depending on the evaluation criteria. Expediently, the schedules are crossed by exchanging at least one message from both schedules or, particularly advantageously, by exchanging at least one bit of the schedules, provided that they are represented in binary form, in particular by means of an identifier or an identifier, as a result of which a clear bit pattern of the message ( en) or the time window is included.
Weiterhin von Vorteil ist, neben der Kreuzung eine Mutation vorzusehen, so dass wenigstens ein Bit wenigstens eines Zeitplans verändert, also insbesondere gekippt wird, so dass neben den gefundenen guten Lösungen weitere potentielle Lösungen entstehen.It is also advantageous to provide a mutation in addition to the intersection, so that at least one bit of at least one schedule is changed, in particular tilted, so that further potential solutions arise in addition to the good solutions found.
Vorteilhafter Weise kann der genannte Algorithmus bzw. das entsprechende Verfahren als Computerprogramm realisiert werden, so dass bei Ablauf des selben auf einem Computer oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung (welche andererseits aber auch vollständig in Hardware realisiert sein kann) das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Zweckmäßiger Weise kann dieses Computerprogramm auch auf einem Datenträger als Computerprogrammprodukt vorliegen, wobei der Datenträger in jeder üblichen Form vorliegen kann.The algorithm or the corresponding method can advantageously be implemented as a computer program are, so that when the same runs on a computer or the device according to the invention (which on the other hand can also be implemented entirely in hardware) the method according to the invention is carried out. This computer program can expediently also be present on a data carrier as a computer program product, the data carrier being available in any customary form.
Die Vorteile der Erfindung entsprechen somit insbesondere den Vorteilen der genetischen Algorithmen bei der Suche nach einer möglichst global gültigen Lösung in unüberschaubaren Lösungsräumen. Ein TTCAN-Bus-Schedule ist erfindungsgemäß ein solcher Lösungsraum. Durch die Mechanismen der Evolution, also Überleben des Stärksten, wird gewährleistet, dass man sich recht rasch auf eine optimale Lösung zubewegt. Der Mechanismus der Kreuzung vervielfältigt sozusagen besonders aussichtsreiche Familien. Der Mechanismus der Mutation gewährleistet, dass man per Zufall und/oder willkürlichem Eingriff aus der Evolutionsrichtung der besten Lösung geworfen wird und eventuell einen weiteren, optimalen Lösungsansatz findet. Dieser Lösungsansatz wäre aber eventuell durch konventionelle Suchalgorithmen erst nach unakzeptabel langer Zeit gefunden worden. Möglicherweise ist dieser neue Pfad vielversprechend, so dass er im nächsten Schritt des genetischen Algorithmus weiterverfolgt wird, oder er fällt über die erste Bewertungsfunktion wieder heraus. Wird ein neuer Lösungsweg eingeschlagen so wird aufgrund der vorab gewählten Codierung und durch den Mechanismus der Kreuzung die bereits vorhandene Information weitergegeben und nicht verworfen (Historie) .The advantages of the invention thus correspond in particular to the advantages of the genetic algorithms in the search for a solution that is as global as possible in unmanageable solution spaces. According to the invention, a TTCAN bus schedule is such a solution space. The mechanisms of evolution, i.e. survival of the fittest, ensure that one moves towards an optimal solution very quickly. The mechanism of the cross reproduces, so to speak, particularly promising families. The mechanism of the mutation ensures that one is thrown out of the direction of evolution of the best solution by chance and / or arbitrary intervention and possibly finds another, optimal solution. However, this approach would have been found by conventional search algorithms only after an unacceptably long time. This new path may be promising, so that it will be followed up in the next step of the genetic algorithm, or it will fall out again via the first evaluation function. If a new solution is adopted, the information already available is passed on and not discarded due to the previously selected coding and the mechanism of the intersection (history).
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Merkmalen der Ansprüche. ZeichnungFurther advantages and advantageous configurations result from the description and the features of the claims. drawing
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der mit einer Figur dargestellten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur eine Vorrichtung, in welcher symbolisch dargestellt das erfindungsgemäße Verfahren abläuft.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing shown with a figure. The figure shows a device in which the method according to the invention is shown symbolically.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die prinzipielle Funktionsweise der genetischen Algorithmen wird in den nachfolgenden Schritten dargestellt:The basic functioning of the genetic algorithms is shown in the following steps:
• Codierung der Parameter bzw. des Parametersets in geeigneter Form, also hier der Nachrichten für das Bus- Schedule. Als geeignete Form kann insbesondere ein Bitmuster zur Codierung verwendet werden, z. B. speziell der Identifier aus dem Controller area network CAN oder aus dem TTCAN. Die Darstellung der periodischen und der spontanen Nachrichten eines TTCAN-Netzwerks in einer für genetische Algorithmen geeigneten Codierung ist beispielsweise auch die Codierung des Parametersets, z. B. als Bitvektor von n x m Bits, wobei m Bits die Nachrichten-ID, also den Nachrichten-Identifier oder Kennung codieren und n Nachrichten im TTCAN-Netzwerk vorhanden sind.• Coding of the parameters or the parameter set in a suitable form, ie here the messages for the bus schedule. As a suitable form, a bit pattern can in particular be used for coding, e.g. B. specifically the identifier from the controller area network CAN or from the TTCAN. The representation of the periodic and spontaneous messages of a TTCAN network in a coding suitable for genetic algorithms is, for example, also the coding of the parameter set, e.g. B. as a bit vector of n x m bits, where m bits encode the message ID, ie the message identifier or identifier, and n messages are present in the TTCAN network.
• Die Idee der Erfindung umfasst ferner eine erste Bewertung der Anfangspopulation, wobei die stärksten Lösungen herausgefunden werden sollen und diese als Messlatte für zukünftige Populationen erkannt werden müssen. Dazu muss wenigstens eine Bewertungsfunktion bzw. Bewertungskriterium erstellt werden, um zu einer Filterung der besten Lösungen einer Population, also der aussichtsreichsten Zeitpläne bzw. Bus-Schedules entsprechend der Bewertungskriterien zu gelangen. Beispielhafte Bewertungskriterien oder• The idea of the invention also includes a first assessment of the initial population, the strongest solutions to be found and these must be recognized as a yardstick for future populations. For this, at least one evaluation function or evaluation criterion must be created in order to filter the best solutions of a population, that is, the most promising schedules or bus schedules according to the evaluation criteria. Exemplary evaluation criteria or
Bewertungsfunktionen sind z. B. die Bewertung nach der minimalen Summe aller Latenzzeiten oder der minimalsten Summe für Deadlines nach dem Ansatz „earliest deadline first" .Evaluation functions are e.g. B. the evaluation according to the minimum sum of all latencies or the minimum sum for deadlines according to the "earliest deadline first" approach.
Anschließend werden insbeosndere zufällig ausgewählte Instanzen der stärksten aus der ersten Population untereinander gekreuzt, wodurch eine neue Population entsteht, z. B. gemeinsam mit einigen ungekreuzten. Für die technische Anwendung zur Erstellung des Bus-Schedules bedeutet das die Bereitstellung von Kreuzungsfunktionen, also wenigstens einem Kreuzungskriterium. Am Beispiel des Bitmusters oder Bitvektors kann dies z. B. die Kreuzung von zufällig ausgewählten Lösungen an einer bestimmten Stelle k aus k e [1 .. n X m] wobei k ebenfalls mittels Zufallsgenerator bestimmt werden kann bei m Bits zur Nachrichtencodierung und n Nachrichten im TTCAN-Netzwerk.Then, in particular, randomly selected instances of the strongest from the first population are crossed with one another, which creates a new population, e.g. B. together with some uncrossed. For the technical application for creating the bus schedule, this means the provision of intersection functions, that is, at least one intersection criterion. Using the example of the bit pattern or bit vector, this can e.g. B. the crossing of randomly selected solutions at a certain point k from k e [1 .. n X m] where k can also be determined by means of a random generator with m bits for message coding and n messages in the TTCAN network.
Optional können zusätzlich wiederum nach bestimmten zweiten Bewertungskriterien bei einigen Instanzen/Lösungen oder allen Instanzen/Lösungen sogenannte Mutationen durchgeführt werden, so dass Mutationen aus der aktuellen Population entstehen und sich eventuell grundlegend von anderen unterscheiden. Im Rahmen der technischen Anwendung bedeutet dies wiederum, dass beispielsweise im Rahmen der TTCAN-binären Darstellung z. B. ein Zufallsgenerator vorgesehen ist, der 1 Bit aus den n x m Bits des Nachrichtenbitvektors, insbesondere mit CAN oder TTCAN-Identifier kippt. Diese Mutationen können nach einer bestimmten Zahl Verfahrensabläufen, z. B. nach dem 5. oder 10. Mal oder auch zufällig per Zufallsfunktion erfolgen. Damit werden nach jedem Durchlauf die stärksten oder eben besten Lösungen bezüglich der Bewertungskriterien ausgewählt, wobei erneut einige der ausgewählten besten Lösungen gekreuzt werden können und die optionalen Mutationen weitere Lösungsvorschläge freigeben.Optionally, so-called mutations can also be carried out in accordance with certain second evaluation criteria for some instances / solutions or all instances / solutions, so that mutations arise from the current population and may differ fundamentally from others. In the context of the technical application, this in turn means that, for example, in the context of the TTCAN binary representation. B. a random generator is provided which tilts 1 bit from the nxm bits of the message bit vector, in particular with a CAN or TTCAN identifier. These mutations can be performed after a certain number of procedures, e.g. B. after the 5th or 10th time or randomly by random function. This means that the strongest or best solutions regarding the evaluation criteria are selected after each run, whereby some of the selected best solutions can be crossed again and the optional mutations release further proposed solutions.
Somit ist der Kern der Erfindung die Lösung des Suchproblems eines optimalen Busschedules für den TTCAN mit Einsatz von genetischen Algorithmen. Dabei ist die Erfindung nicht auf die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten spezifischen Codierungen der Nachrichten für diese genetischen Algorithmen oder spezifische Bewertungsfunktionen sowie spezifische Kreuzungs- oder Mutationsfunktionen beschränkt.The essence of the invention is thus the solution to the search problem of an optimal bus schedule for the TTCAN using genetic algorithms. The invention is not limited to the specific coding of the messages for these genetic algorithms or specific evaluation functions and specific crossing or mutation functions shown in this exemplary embodiment.
Die einzige Figur zeigt dazu ein System, insbesondere eine Vorrichtung 100, insbesondere einen Computer oder Busteilnehmer. Der Computer 100 kann separat ausgeführt sein, oder aber als Busteilnehmer an einem Bus, insbesondere einen TTCAN-Bus 101 angebunden sein. Der Computer 100 enthält Mittel, die es ermöglichen, wenigstens einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend den Ansprüchen ablaufen zu lassen. Insbesondere vorteilhaft ist der Ablauf des Verfahrens in Form eines Computerprogrammes, wodurch im Endeffekt eine optimierte Lösung bezüglich des Bus-Schedules entsteht. So ist hierbei die Einbindung des Verfahrens zur Lösungsfindung in einem Entwicklungstool dargestellt. Dabei kann die Wahl der Bewertungsfunktion, die Wahl der Kreuzungsfunktion sowie die Wahl der Mutationsfunktion individuell vom Systemdesigner oder Anwendungsingenieur als Modul hinzugefügt werden, oder es kann automatisch aus einer systeminherenten Bibliothek dieser Funktionen eine vorgegeben bzw. ausgegeben werden. Damit kann das Entwicklungstool nur die Erstellung des Bus- Schedules umfassen entsprechend dem Verfahren der genetischen Algorithmen, womit gewährleistet ist, dass abhangig von bestimmten Systemvoraussetzungen oder Vorgaben, beispielsweise durch Auftraggeber wie Automobilhersteller, unterschiedliche Metriken, Randbedingungen in Verfahren modular mit dem gleichen Entwicklungswerkzeug eingesetzt werden können.For this purpose, the single figure shows a system, in particular a device 100, in particular a computer or bus subscriber. The computer 100 can be designed separately or can be connected to a bus, in particular a TTCAN bus 101, as a bus subscriber. The computer 100 contains means which make it possible to run at least individual method steps of the method according to the invention in accordance with the claims. The execution of the method in the form of a computer program is particularly advantageous, which ultimately results in an optimized solution with regard to the bus schedule. The integration of the process for finding a solution in a development tool is shown. The choice of the evaluation function, the choice of the crossing function and the choice of the mutation function can be added individually by the system designer or application engineer as a module, or a system-inherent library of these functions can automatically be used to predefine or output a function. The development tool can therefore only include the creation of the bus schedule in accordance with the method of the genetic algorithms, which ensures that Depending on certain system requirements or specifications, for example by clients such as automobile manufacturers, different metrics, boundary conditions in processes can be used modularly with the same development tool.
Das dargestellte Flussdiagramm zeigt im Block 202 den Start des Verfahrens. Im Block 103 erfolgt die Codierung der Busnachrichten, beispielsweise durch Verwendung einer Kennung m binarer Darstellung. Dazu kann vorteilhafter Weise der Identifier des TTCAN-Systems bzw. des CAN entsprechend der Nachrichten verwendet werden. Diese Codierung kann bereits vorgegeben sein und kann nur optional in das Verfahren integriert werden. Ausgehend von dieser Codierung der Busnachrichten werden in Block 104 verschiedene mögliche Losungsansatze gebildet bzw. dargestellt. Dabei können Nachrichten und/oder Zeitfenster auch öfter als einmal im Busschedule auftauchen. Diese Losungsansatze des Suchproblems sind also verschiedene Reihenfolgen der Busnachrichten bzw. Zeitfenster für Busnachrichten, wobei bei Darstellung in binarer Form, insbesondere mit Identifiern, verschiedene Bitmuster als Losungsansatze vorliegen. Diese Bitmuster können einerseits per Zufallsgenerator erzeugt oder auch durch Permutation erzielt werden, wobei durch Permutation alle Möglichkeiten zur Verfugung gestellt werden können. Weitere Kriterien für die Bildung von Losungsansatzen können bestimmte Vorgabekriterien, wie zeitkritische Nachrichten zuerst und Ahnliches sein oder auch bezuglich des Identifiers auf Prioritäten der Identifier beruhen, usw. Optional kann hierbei bereits, beispielsweise anhand einer Bibliothek, geprüft werden, dass bei der Erstellung möglicher Losungsansatze bezuglich des Zeitplans derThe flow diagram shown shows the start of the method in block 202. The coding of the bus messages takes place in block 103, for example by using an identifier in binary representation. To this end, the identifier of the TTCAN system or of the CAN corresponding to the messages can advantageously be used. This coding can already be specified and can only be optionally integrated into the method. On the basis of this coding of the bus messages, various possible solutions are formed or represented in block 104. Messages and / or time windows can also appear more than once in the bus scheduler. These solution approaches to the search problem are therefore different sequences of the bus messages or time windows for bus messages, different bit patterns being available as solution approaches when presented in binary form, in particular with identifiers. These bit patterns can be generated on the one hand by a random generator or can also be achieved by permutation, whereby all possibilities can be made available by permutation. Further criteria for the formation of solution approaches can be specific default criteria, such as time-critical messages first and the like, or based on the priorities of the identifiers with regard to the identifier, etc. Optionally, it can already be checked here, for example using a library, that the creation of possible solution approaches regarding the schedule of the
Nachrichtenübermittlung nur gültige Nachrichten in Form der Bitmuster bzw. nur gültige Identifier verwendet werden. Ungültige Lösungsansätze, insbesondere nicht mögliche Bitmuster ( z.B. weil diese Nachrichten und/oder Zeitfenster bzw. die entsprechende Codierung im System nicht existieren)' und somit auch ungültige Zeitpläne können dann optional schon im Block 104 ausgeschlossen werden.Message transmission only valid messages in the form of bit patterns or only valid identifiers are used. Invalid solution approaches, in particular not possible bit patterns (eg because these messages and / or time windows or the corresponding coding do not exist in the system) 'and thus also invalid schedules can then optionally be excluded in block 104.
Im Block 105 erfolgt dann die Bewertung der Lösungsansätze bzw. der unterschiedlichen Zeitpläne, also der Bus- Schedules, insbesondere in binärer Form durch Aneinanderreihung der Identifier des TTCAN beispielsweise. Zur Bewertung der Lösungsansätze werden beispielsweise alle Latenzzeiten einzelner Lösungsansätze ermittelt und diese entweder miteinander oder mit einem Referenzwert verglichen, um so die minimale Summe aller Latenzzeiten zu ermitteln. Eine andere Bewertung kann beispielsweise über die minimale oder minimalste Summe für Deadlines, also der spätest notwendigen UbermittlungsZeitpunkte bzw. Übermittlungszeiten der Nachrichten sein. Dabei sind auch weitere Kriterien zur Bewertung der Lösungsansätze denkbar.In block 105, the solution approaches or the different time schedules, that is to say the bus schedules, are then evaluated, in particular in binary form, for example by stringing together the identifiers of the TTCAN. To evaluate the solution approaches, for example, all latency times of individual solution approaches are determined and these are compared either with one another or with a reference value, in order to determine the minimum sum of all latency times. Another assessment can be, for example, the minimum or minimum sum for deadlines, that is, the latest necessary transmission times or transmission times of the messages. Additional criteria for evaluating the solutions are also conceivable.
In Block 106 erfolgt sodann die Auswahl der besten Lösungen, also der besten Bus-Schedules entsprechend der Lösungsansätze und der oder des Bewertungskriteriums. Dabei kann z. B. eine vorgebbare Anzahl von Lösungen ausgewählt werden, also beispielsweise die besten 50% oder die besten 5 Stück, oder aber es wird zur Auswahl der besten Lösungen gegen einen Schwellwert bezüglich der Bewertungskriterien bzw. des Bewertungskriteriums verglichen und nur, beispielsweise bei minimalen Summen, bei Unterschreitung dieses Schwellwertes wird die Lösung als auszuwählende mögliche Lösung gewählt.The best solutions, that is to say the best bus schedules, are then selected in block 106 in accordance with the solution approaches and the evaluation criterion or criteria. Here, for. B. a predeterminable number of solutions are selected, for example the best 50% or the best 5 pieces, or it is compared to the selection of the best solutions against a threshold value with respect to the evaluation criteria or the evaluation criterion and only, for example with minimal sums, if this threshold is undershot, the solution is selected as a possible solution to be selected.
Im Block 107 sind dann die Kreuzungsfunktionen oder Kreuzungskriterien vorgegeben, und es wird die Kreuzung durchgeführt. Das bedeutet z. B., dass insbesondere zufällig gewählte Lösungen, die aus der Auswahl im Block 106 hervorgegangen sind, an einer vorgebbaren oder per Zufallsgenerator ermittelten Stelle k wenigstens ein Bit austauschen. Wie bereits angedeutet, kann neben der zufälligen Ermittlung dieser Austauschstelle im Bitvektor bzw. im Bitmuster auch eine feste Vorgabe der Kreuzungsposition, beispielsweise jedes erste, jedes zweite, jedes dritte oder andere festgelegte Positionen vorgegeben werden. Dabei können alle Lösungen gekreuzt werden, oder auch nur einige wenige. So kann auch hier die Anzahl der zu kreuzenden Lösungsansätze, also Bus-Schedules, vorgegeben werden. Durch die Kreuzung entsteht im Block 107 somit ein Pool von Lösungen bzw. Lösungsansätzen, wobei jede Lösung einen Bus-Schedule bzw. einen Zeitplan zur Übermittlung der Nachrichten auf den Bus darstellt. Auch hier kann optional vorgesehen sein, entsprechend Block 104 zu prüfen, ob die entstehenden Lösungen im Rahmen der Kreuzung gültige Bitmuster, also gültige Nachrichten bzw. gültige Kennungen, insbesondere Identifier enthalten. So können auch hier ungültige Bus-Schedules als Lösungen aussortiert werden.The intersection functions or intersection criteria are then specified in block 107 and the intersection is carried out. That means e.g. B. that especially random Exchange selected solutions, which have emerged from the selection in block 106, at least one bit at a predeterminable or randomly determined point k. As already indicated, in addition to the random determination of this exchange point in the bit vector or in the bit pattern, a fixed specification of the crossing position, for example every first, every second, every third or other defined positions, can also be specified. All solutions can be crossed, or just a few. The number of approaches to be crossed, i.e. bus schedules, can also be specified here. The intersection thus creates a pool of solutions or approaches in block 107, each solution representing a bus schedule or a schedule for transmitting the messages to the bus. Here, too, it can optionally be provided, in accordance with block 104, to check whether the resulting solutions contain valid bit patterns, that is to say valid messages or valid identifiers, in particular identifiers, as part of the intersection. In this way, invalid bus schedules can also be sorted out as solutions.
In Abfrage 108 wird dann abhängig von bestimmten Kriterien geprüft, ob eine Mutation im Block 109 durchgeführt werden soll oder nicht. Diese Kriterien können einerseits sein, dass eine bestimmte Anzahl von Verfahrensdurchläufen zu einer Mutation führen oder per Zufallsgenerator eine Mutation angestoßen wird. Wird eine Mutation angestoßen, gelangt man zu Block 109. Darin wird nun wenigstens einer der Lösungsansätze, also ein Bus-Schedule, insbesondere als Bitvektor oder Bitmuster kopiert und dieser wenigstens eine, beispielsweise durch Verändern wenigstens eines Bits, insbesondere durch Bitkippen, mutiert, um dann wieder dem Lösungspool hinzugefügt zu werden. Soll keine Mutation durchgeführt werden oder nach der durchgeführten Mutation, gelangt man aus Block 108 oder Block 109 zu Block 110. Darin wird geprüft, ob ein weiterer Durchlauf durchgeführt werden soll. Dies kann beispielsweise anhand der Anzahl von zur Verfügung stehenden Bus-Schedules erfolgen oder auch anhand bestimmter Abbruchkriterien nach einer vorgebbaren Anzahl von Schleifendurchläufen oder dergleichen. Dieser Block 110 kann optional auch nach Block 106, also nach Auswahl der besten Lösungen nach der Bewertung im Block 105 vorgesehen sein. Ist das Abruchkriterium in Block 110 erfüllt, gelangt man zum Verfahrensende in Block 111 oder aber erneut zu Block 105 zur Bewertung der vorliegenden Lösungsansätze, also der einzelnen Bus-Schedules aus dem Lösungspool .Depending on certain criteria, query 108 then checks whether a mutation should be carried out in block 109 or not. These criteria can be, on the one hand, that a certain number of process runs lead to a mutation or that a mutation is triggered by a random number generator. If a mutation is initiated, block 109 is reached. At least one of the solution approaches, that is to say a bus schedule, is copied therein, in particular as a bit vector or bit pattern, and the latter is mutated, for example by changing at least one bit, in particular by bit flipping then to be added back to the solution pool. If no mutation is to be carried out or after the mutation has been carried out, block 108 or block 109 leads to block 110. It checks whether another run should be carried out. This can be done for example on the basis of the number of available bus schedules or also on the basis of certain termination criteria after a predeterminable number of loop runs or the like. This block 110 can optionally also be provided after block 106, that is after selecting the best solutions after the evaluation in block 105. If the termination criterion in block 110 is met, the method ends in block 111 or again in block 105 for evaluating the existing solution approaches, that is to say the individual bus schedules from the solution pool.
D. h. zusammenfassend, durch eine geeignete Darstellung der Parameter, also des Parametersets, insbesondere hier der TTCAN-Nachrichten, z. B. als Bitvektor, der eine Lösungsvariante darstellt, können auf einfache Weise viele mögliche Lösungsansätze codiert werden. Diese Darstellungsform ist für den folgenden Durchlauf der elektronischen, nachempfundenen genetischen Evolution optimiert. Es kann aus den Randbedingungen der Applikation auf einfachem Weg eine Bewertungsfunktion erstellt werden, um die aktuelle Lösungspopulation zu bewerten. Beispielsweise kann diese Bewertungsfunktion F nach dem Ansatz „earliest deadline first" oder „shortest latency time" usw. erstellt werden. Die vorliegenden Lösungen (aktuelle Population) würde dann über diese Bewertungsfunktion bewertet und die stärksten oder besten würden für die nächste Iteration herangezogen, z. B. die ersten vier Lösungen mit der kürzesten Deadline, wenn nach „earliest deadline first" bewertet wurde. Aus diesen stärksten oder besten Lösungen könnte man wieder zwei Lösungen herausnehmen und miteinander kreuzen, z. B. an der Stelle k. Es entstehen zwei neue Lösungen, die sich eventuell aufgrund der Herkunft als noch besser erweisen (das zeigt die nächste Bewertung) . Es steht dem Algorithmus frei, die aktuelle Population auch noch über Mutation zu bearbeiten. Dabei würde z. B. ein Bit aus einem Lösungsbitvektor gekippt oder verschoben usw. (also mutiert) , um eventuell auf einen komplett neuen Lösungsansatz zu stoßen. Dieser aus der Mutation resultierende Lösungsansatz gemeinsam mit den gekreuzten Lösungen und den verbliebenen alten stärksten Lösungen werden wieder der Bewertungsfunktion zugeführt usw.That is, in summary, by a suitable representation of the parameters, ie the parameter set, in particular here the TTCAN messages, e.g. B. as a bit vector, which represents a solution variant, many possible approaches can be encoded in a simple manner. This form of representation has been optimized for the subsequent run of the electronic, modeled genetic evolution. An evaluation function can be easily created from the boundary conditions of the application in order to evaluate the current solution population. For example, this evaluation function F can be created according to the "earliest deadline first" or "shortest latency time" etc. The existing solutions (current population) would then be evaluated using this evaluation function and the strongest or best would be used for the next iteration, e.g. For example, the first four solutions with the shortest deadline, if "earliest deadline first" was rated. From these strongest or best solutions, two solutions could be taken out and crossed with each other, e.g. at point k. Two new ones are created Solutions that are may prove even better due to the origin (the next rating shows). The algorithm is free to edit the current population via mutation. Here, for. B. tilted or shifted a bit from a solution bit vector, etc. (thus mutated), in order to possibly come across a completely new approach. This solution resulting from the mutation together with the crossed solutions and the remaining old strongest solutions are fed back to the evaluation function, etc.
Der Ansatz des genetischen Algorithmus kann prinzipiell in jedes TTCAN-Planungswerkzeug mit geeigneten Schnittstellen eingebaut werden. Dabei ist natürlich die Zahl zur Codierung der Nachrichten für eine geeignete Kreuzungsfunktion und für eine geeignete Mutationsfunktion zu treffen. Natürlich muss auch eine Bewertungsfunktion nach einer bestimmten Metrik bzw. individuellen Randbedingungen realisiert werden. Diese Festlegung kann entweder fest in das Entwicklungstool eingebaut werden oder aber als Zusätze, die beim Design eines TTCAN-Netzwerks modular hinzugefügt werden, angeboten werden. Prinzipiell müsste bei diesem Ansatz also nur das Verfahren, nach genetischen Algorithmen zu suchen, im TTCAN- Entwicklungswerkzeug implementiert werden.The approach of the genetic algorithm can in principle be built into any TTCAN planning tool with suitable interfaces. The number for coding the messages for a suitable crossing function and for a suitable mutation function must of course be found. Of course, an evaluation function based on a specific metric or individual boundary conditions must also be implemented. This specification can either be built into the development tool or offered as add-ons that are added modularly when designing a TTCAN network. In principle, with this approach, only the process of searching for genetic algorithms would have to be implemented in the TTCAN development tool.
Damit ergibt sich eine vorteilhafte Möglichkeit zur Erzielung eines optimierten Bus-Schedules im automatisierten Verfahren. This results in an advantageous possibility for achieving an optimized bus schedule in an automated process.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Erstellung eines Zeitplans der Übermittlung von Nachrichten auf einem Bussystem (Bus schedule) dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitplan durch Verwendung eines genetischen Algorithmus erstellt wird.1. A method for creating a schedule of the transmission of messages on a bus system (bus schedule), characterized in that the schedule is created using a genetic algorithm.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten in periodische und spontane Nachrichten unterteilt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the messages are divided into periodic and spontaneous messages.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten mit einer Kennung versehen sind oder werden und die Nachrichten mit der entsprechenden Kennung in einer vorgebbaren Reihenfolge als Zeitplan dargestellt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the messages are or are provided with an identifier and the messages with the corresponding identifier are shown in a predeterminable order as a schedule.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bussystem um ein TTCAN Bussystem handelt und für die Nachrichten Zeitfenster entsprechend der Sendereihenfolge als Zeitplan vorgesehen sind.4. The method according to claim 1, characterized in that the bus system is a TTCAN bus system and time slots are provided as a schedule for the messages in accordance with the transmission sequence.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 und , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein bezüglich der Reihenfolge vorgebbares Zeitfenster im Zeitplan zur Übermittlung spontaner Nachrichten eingesetzt wird und die spontanen Nachrichten in dem wenigstens einen Zeitfenster eine Arbitrierung durchführen.5. The method according to claim 1, 2 and, characterized in that at least one with respect to the order predeterminable time window is used in the schedule for the transmission of spontaneous messages and the spontaneous messages carry out an arbitration in the at least one time window.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übermittlung der Nachrichten Zeitfenster vorgesehen sind und wenigstens eine Reihenfolge der Zeitfenster oder der Nachrichten als wenigstens ein möglicher Zeitplan ermittelt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that time slots are provided for the transmission of the messages and at least one sequence of the time slots or the messages is determined as at least one possible schedule.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine mögliche Zeitplan mit wenigstens einem vorgebbaren ersten Bewertungskriterium bewertet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the at least one possible schedule is evaluated with at least one predeterminable first evaluation criterion.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Bewertungskriterium ein Vergleich der Summe der Latenzzeiten des wenigstens einen Zeitplans mit einem vorgegebenen Wert oder der Summe der Latenzzeiten wenigstens eines weiteren Zeitplans verglichen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that a comparison of the sum of the latencies of the at least one schedule with a predetermined value or the sum of the latencies of at least one other schedule is compared as the first evaluation criterion.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Bewertungskriterium ein Vergleich der Summe der notwendigen Übermittlungszeitpunkte oder -zeiten der Nachrichten (Deadlines) , des wenigstens einen Zeitplans mit einem vorgegebenen Wert oder der Summe der notwendigen Übermittlungszeitpunkte oder -Zeiten der Nachrichten9. The method according to claim 7, characterized in that a comparison of the sum of the necessary transmission times or times of the messages (deadlines), the at least one schedule with a predetermined value or the sum of the necessary transmission times or times of the messages as a first evaluation criterion
(Deadlines) wenigstens eines weiteren Zeitplans verglichen wird.(Deadlines) is compared at least one other schedule.
10. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein möglicher Zeitplan abhängig von dem wenigstens einen ersten Bewertungskriterium ausgewählt wird.10. The method according to claim 6 and 7, characterized in that at least one possible schedule depending on the at least one first evaluation criterion is selected.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine mögliche Zeitplan der ausgewählt wird mit wenigstens einem zweiten möglichen Zeitplan gekreuzt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the at least one possible schedule that is selected is crossed with at least one second possible schedule.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kreuzenden Zeitpläne derart verändert werden, dass wenigstens eine Nachricht ausgetauscht wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the schedules to be crossed are changed such that at least one message is exchanged.
13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennung ein Bitmuster, insbesondere entsprechend dem CAN Bus oder TTCAN Bus, verwendet wird.13. The method according to claim 3, characterized in that a bit pattern, in particular corresponding to the CAN bus or TTCAN bus, is used as the identifier.
14. Verfahren nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kreuzenden Zeitpläne derart verändert werden, dass wenigstens ein Bit des Bitmusters ausgetauscht wird.14. The method according to claim 11 and 13, characterized in that the schedules to be crossed are changed such that at least one bit of the bit pattern is exchanged.
15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Reihenfolge der Zeitfenster oder Nachrichten als Zeitplan in Form von Bits dargestellt ist und abhängig von wenigstens einem zweiten Kriterium wenigstens ein Bit verändert wird.15. The method according to claim 6, characterized in that the at least one sequence of the time windows or messages is shown as a schedule in the form of bits and at least one bit is changed depending on at least one second criterion.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bit gemäß einer Zufallsfunktion verändert wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the at least one bit is changed according to a random function.
17. Vorrichtung zur Erstellung eines Zeitplans der Übermittlung von Nachrichten auf einem Bussystem (Bus schedule) dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche den Zeitplan unter Verwendung eines genetischen Algorithmus erstellen.17. Device for creating a schedule for the transmission of messages on a bus system (bus schedule), characterized in that means are provided, who create the schedule using a genetic algorithm.
18. Computerprogramm, welches bei Ausführung auf einem Computer oder auf einer Vorrichtung gemäß Anspruch 17 wenigstens ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 ausführt.18. Computer program which, when executed on a computer or on a device according to claim 17, executes at least one method according to at least one of claims 1 to 16.
19. Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger, welches bei Eingabe in einen Computer oder eine Vorrichtung nach Anspruch 17 wenigstens ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 ausführt. 19. Computer program product, in particular data carrier, which, when inputted into a computer or a device according to claim 17, executes at least one method according to at least one of claims 1 to 16.
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